建筑暖通空调系统节能运行优化策略研究
李文
内蒙古誉兴泰建设工程有限公司, 内蒙古 呼和浩特 010000
摘要：建筑暖通空调系统承担室内温湿度调节、空气品质保障和冷热负荷输配等功能，是建筑运行能耗的重要组成部分。随着建筑使用强度提高和舒适性需求增加，暖通空调系统在实际运行中普遍存在负荷预测不准确、设备运行偏离高效区、控制参数粗放、维护管理滞后等问题，导致能耗增加和运行效率下降。本文围绕建筑暖通空调系统节能运行优化展开研究，先分析系统运行能耗偏高的主要成因，再从负荷预测与分区控制、冷热源及输配系统协同调节、智能监测与持续运维三个方面提出优化策略。研究认为，只有将设备性能、控制逻辑、运行数据和管理机制结合起来，才能实现暖通空调系统由经验运行向精细化、动态化、智能化运行转变，从而在保证室内舒适度的前提下降低能耗，提高建筑运行管理水平。
关键词：暖通空调系统；节能运行；优化控制；智能运维
暖通空调系统是建筑运行阶段能源消耗较为集中的系统，其运行状态直接影响建筑能耗水平、室内舒适性和设备使用寿命。当前许多建筑在设计阶段已经配置了较高能效的冷热源设备、变频水泵、自动控制系统和能耗监测平台，但在实际运行中，节能效果并不总能充分体现。其根本原因在于，暖通空调系统不是单一设备的简单组合，而是由冷热源、输配系统、末端设备、传感器、控制程序和运维管理共同构成的动态系统。建筑使用人数、室外气象条件、内部设备发热量和空间使用时间不断变化，如果仍采用固定参数、固定时段、固定压差或固定温度的运行方式，就容易造成“大马拉小车”、冷热抵消、末端过供、设备低效运行等问题。因此，研究建筑暖通空调系统节能运行优化策略，重点不在于单纯更换设备，而在于通过运行诊断、控制优化和持续运维，使系统始终尽可能接近实际负荷需求和高效运行区间。
1、建筑暖通空调系统节能运行中的主要问题
1.1 负荷变化识别不足，系统运行与实际需求脱节
建筑暖通空调系统的能耗高低首先取决于其运行是否匹配真实负荷。实际运行中，建筑负荷受到室外温湿度、太阳辐射、人员密度、设备散热、围护结构性能和使用时段等因素影响，具有明显的动态变化特征。但部分建筑仍按照经验时段开启空调，或采用统一温度、统一风量、统一水量的控制方式，缺乏对不同区域、不同时间和不同使用强度的精细识别。这样一来，人员较少或短时闲置区域仍可能维持满负荷供冷供热，而人员密集区域又可能因负荷突增导致舒适性不足。负荷识别不足还会影响冷热源启停策略，造成机组频繁启停、部分负荷效率下降和能源浪费。尤其在办公楼、商业综合体、医院、学校等公共建筑中，各功能区使用规律差异较大，如果不能根据空间需求变化进行分区调节，就会使系统运行长期处于“按最大需求保障全部空间”的粗放状态，最终导致运行能耗偏高。
1.2 冷热源与输配系统协同不足，设备偏离高效运行区
暖通空调系统节能运行不仅取决于主机效率，也取决于冷冻水泵、冷却水泵、风机、阀门、末端盘管和控制策略之间的协同。许多建筑在运行中容易出现冷热源设备台数控制不合理、水泵频率调节滞后、供回水温差偏小、系统流量偏大等现象。GB 50189-2015相关条文说明中也提到，水系统“大流量小温差”会导致水泵台数增加、建筑能耗增大；冷水机组和水泵的控制目标应尽量使设备运行在高效区域。 这说明系统节能不能只看单台设备额定能效，而要关注实际运行工况下的综合效率。若主机、水泵、冷却塔和末端之间缺少联动控制，可能出现主机效率较高但输配能耗过大的情况，也可能出现末端阀门开度异常、压差设定过高、冷冻水温度过低等问题。此类问题往往不容易被日常巡检直接发现，却会在长期运行中形成持续性能耗损失。
1.3 控制系统与运维管理薄弱，节能措施难以持续发挥作用
现代建筑通常配置楼宇自控系统和能耗监测系统，但系统“有配置”并不等于“会运行”。部分建筑存在传感器漂移、数据采集不完整、控制逻辑未调试、报警信息无人分析、运行参数长期不更新等问题，使自动控制系统退化为简单启停工具。ASHRAE Guideline 36提出高性能暖通运行控制序列，目的就是通过统一、稳定、可诊断的控制逻辑提高系统能效、控制稳定性和实时故障诊断能力。 由此可见，节能运行需要可靠的控制逻辑和持续运维机制支撑。如果管理人员只关注设备是否开启、投诉是否减少，而缺乏对能耗强度、系统能效、温差、压差、阀位、频率、负荷率等指标的跟踪，就很难发现隐性能耗问题。即使前期进行了节能改造，若后续缺少数据复核和参数校正，系统也可能随着季节变化、设备老化和使用方式改变而重新偏离最佳状态。
2、建筑暖通空调系统节能运行优化策略
2.1 建立负荷预测与分区调控机制，提高供需匹配精度
节能运行的第一步是让暖通空调系统“按需运行”。建筑运维单位应结合历史能耗数据、室外气象数据、人员使用规律和功能区特点，建立冷热负荷预测机制，提前判断不同时段的供冷供热需求，并据此优化系统启停时间、设定温度和运行模式。对于办公、商业、会议、餐饮、客房等使用差异明显的空间，应实行分区控制，避免所有区域采用同一运行标准。具体做法包括：根据人员密度和使用时间设置不同空调时段；利用二氧化碳浓度、门禁、预约系统或客流数据判断新风量和空调负荷；对低负荷区域采用温度回退、间歇运行或降低风量策略；对高峰区域提前预冷或预热，减少峰值时段设备突增负荷。通过负荷预测与分区调控，系统可以由“统一供给”转向“差异供给”，既保证重点区域舒适性，又减少无效供冷供热。近年研究也普遍将负荷预测、系统匹配和智能控制作为暖通节能优化的重要方向。
2.2 优化冷热源与水风系统联动控制，使设备运行在高效区间
冷热源和输配系统优化应从单设备节能转向系统协同节能。运行中应根据实际负荷合理确定冷水机组、锅炉、热泵、水泵、冷却塔和风机的启停组合，使设备尽量运行在较高效率区间。对于冷水系统，应重点控制供回水温差、冷冻水供水温度、冷却水温度和水泵压差，避免长期低温供水、高压差输送和大流量小温差运行。对于变频水泵和风机，应根据末端阀位、压差反馈和负荷变化动态调节频率，而不是长期维持固定频率。对于新风系统，可结合室外焓值、空气品质和室内负荷采用经济运行模式，在条件适宜时利用自然冷源或加大新风量降低机械制冷需求。对于多台主机并联系统，应建立台数控制逻辑，避免小负荷时多台设备低负荷运行。ASHRAE Guideline 36所强调的高级控制序列，正是通过送风温度复位、静压复位、需求控制通风等方式提升系统整体效率。 因此，暖通节能优化要把主机、水泵、风机、阀门和末端作为一个整体调节，而不是孤立优化某一设备。
2.3 完善智能监测与持续运维机制，形成闭环节能管理
暖通空调系统节能运行不是一次性调整，而是持续诊断、持续优化和持续验证的过程。建筑运维单位应建立基于数据的运行管理机制，将能耗监测平台、楼宇自控系统和设备维护记录结合起来，形成“采集—分析—调整—复核”的闭环。具体而言，应定期统计单位面积能耗、冷热源系统能效、冷站综合能效、供回水温差、风机水泵电耗、室内温湿度合格率等指标，识别异常能耗和低效运行状态。对传感器、阀门、执行器和变频器应定期校验，避免因数据失真导致控制策略失效。对运行参数应按季节、气象和使用变化及时修正，不能长期沿用调试初期设定值。对于具备条件的建筑，可引入故障检测与诊断、模型预测控制或人工智能优化算法，实现对设备异常、能耗偏差和舒适性风险的提前识别。已有研究显示，基于高性能控制序列和强化学习等方法的控制优化，具备显著降低暖通能耗的潜力。 但智能化并不意味着完全依赖算法，关键仍是把数据分析结果转化为可执行的运维动作，使节能策略长期稳定发挥作用。
3、结语
经本文分析，建筑暖通空调系统运行能耗偏高，主要源于负荷识别不足、冷热源与输配系统协同不足、控制系统和运维管理薄弱等问题。通过建立负荷预测与分区调控机制、优化冷热源与水风系统联动控制、完善智能监测与持续运维机制，可以使暖通空调系统从粗放运行转向精细化运行，从单点节能转向系统节能，从经验管理转向数据驱动管理。由此可见，建筑暖通空调系统节能运行优化的核心，不是简单降低室内舒适标准，也不是单纯依赖高效设备，而是在保证室内环境质量的基础上，使系统供给能力与实际需求动态匹配，使设备组合与运行参数持续接近高效状态，最终实现节能、舒适和稳定运行的统一。
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